Methodik zur Bestimmung des kumulierten Energieaufwands und

Die beiden gebräuchlichsten Methoden zur Bestimmung des KEA sind die Input-Output-Analy-se sowie die Prozeßkettenanalyse. Die energetische Input-Output-Analyse basiert auf einem wirtschaftswissenschaftlichem Verfahren zur Analyse der Verflechtungen der Volkswirtschaft (Makroanalyse). Sie ermöglicht die Bestimmung des kumulierten Energieaufwands von Waren einer Gütergruppe und Dienstleistungen auf der Basis von Preisinformationen /Weber, 1995, Drake, 1996/.

Die Prozeßkettenanalyse ist hingegen ein Verfahren zur detaillierten Bestimmung des KEA von Produkten und Dienstleistungen. Das Verfahren orientiert sich an den technischen Prozessen, die für die Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produktes notwendig sind, wobei die Prozesse mehr oder weniger stark aggregiert sein können (Mikroanalyse). Ausgehend vom End-produkt wird dabei das Netzwerk aller vorgelagerten Prozeßstufen entwickelt. Jeder Input eines Prozesses entspricht dabei dem Output eines vorgelagerten Prozesses, so daß sich das Netzwerk als aufgeästelte Baumstruktur darstellt. Die Verzweigungen werden einerseits bis zu einer sinn-voll gewählten Abbruchstelle und andererseits bis zur Rohstoffebene zurückverfolgt. Anschlie-ßend wird jeder Prozeß auf die zu bilanzierenden Zuflüsse und Abflüsse untersucht. Abbildung 7.1-2 zeigt beispielhaft eine Prozeßkette der Kupfererzeugung.

Lagerstätte

Bergbau

Roherz

Aufbereitung

Konzentrat

Transport

Konzentrat

Verhüttung

Rohmetall

Raffination Elektrolyse Reinmetall

Schmelzen, Legieren Gießen

Formate

Verarbeitung

Produkte Halbzeug

Nutzung

Verluste

Schrotte Umschmelzen Blockmetall

Prozeßstufe Prozeßinput/-output

Abbildung 7.1-2: Prozeßkette der Kupfergewinnung, -verarbeitung und -nutzung /Krüger, 1995/

Jede Prozeßstufe der dargestellten Prozeßkette hat wiederum eine eigene vorgelagerte Proze ß-kette; damit setzt sich das gesamte Prozeßnetzwerk nahezu ins Unendliche fort. Nach dem Auf-stellen des Prozeßnetzwerkes werden für jeden einzelnen Prozeß die Zuflüsse an Primärenergie

bestimmt und in geeigneter Weise dem Endprodukt zugeordnet. Anschließend wird die Pri-märenergie aufsummiert und man erhält den KEA des Endproduktes. Die Bestimmung der ku-mulierten Emissionen erfolgt analog.

Die Durchführung einer Prozeßkettenanalyse erfordert einen erheblichen Aufwand für die Da-tenermittlung. Aufgrund der sich nahezu ins Unendliche verzweigenden Baumstruktur muß ein sinnvolles Abbruchkriterium gewählt werden, das die Zahl der zu betrachtenden Prozeßschritte auf ein sachgerechtes und operationables Maß reduziert. Der Wahl dieses Kriteriums muß be-sondere Sorgfalt gelten, so daß bedeutende Beiträge zum KEA nicht vernachlässigt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Studie wird zur Ermittlung des kumulierten Energieaufwands und der kumulierten Emissionen auf das Instrument der Prozeßkettenanalyse zurückgegriffen. Mit Hilfe einer Stofflußanalyse werden der Material- und Energieträgereinsatz sowie die Transport-und Energieumwandlungsprozesse der betrachteten Prozeßkette ermittelt. Beschreibt die Pr o-zeßkette die Herstellung eines Gutes, so wird der Material- und Energieträgereinsatz linear über dessen durchschnittliche Nutzungsdauer abgeschrieben. Unter Berücksichtigung der vorgela-gerten Material- und Energieträgerbereitstellung werden der kumulierte Energieaufwand sowie die kumulierten Emissionen ermittelt (vgl. auch Abb.7.1-3). Im letzten Schritt erfolgt schließlich die Zuordnung zu einer konkreten Transportaufgabe mit Hilfe geeigneter Zuor dnungsschlüssel.

Die Aufwendungen im Zusammenhang mit der Verkehrsinfrastrukturbereitstellung werden über die Streckenbelastung und die Aufwendungen bezüglich der Fahrzeugbereitstellung werden über die Lebensfahrleistungen der Fahrzeuge einer Transportaufgabe zugeordnet.

Gemäß der Definition des KEA in /VDI, 1995/ wird der kumulierte nichtenergetische Aufwand bei der Bestimmung des KEA mitberücksichtigt. Darunter versteht man den primärenergetisch bewerteten Energieinhalt aller nichtenergetisch eingesetzten Energieträger (z. B. Bitumen im Straßenbau) und des stoffgebundenen Energieinhaltes (z. B. Bauholz).

Herstellung der Güter:

- Transportprozesse

- Energieumwandlungsprozesse Instandhaltung und Betrieb der Güter:

- Transportprozesse

- Energieumwandlungsprozesse Endenergieträger Fertigungsstoffe

Input

Prozesse

vorgelagerte Kette der Energieträgerbereit-stellung (siehe Kap. 7.2))

vorgelagerte Kette der Bereitstellung der Fertigungs-stoffe (siehe Kap. 7.1.3)

Emissionsfaktoren der Transport-und der Energieumwandlungs-prozesse (siehe Kap. 7.1.4)

Emissionen

Output

Abbildung 7.1-3: Vereinfachte Prozeßkette zur Bestimmung des kumulierten Energieaufwands und der kumulierten Emissionen

7.1.4 Bereitstellung der Fertigungsstoffe

Ein erheblicher Teil des Energieaufwands für die Herstellung und Nutzung von Produkten wird für die Produktion der Fertigungsstoffe eingesetzt. Die im Rahmen der vorliegenden Studie be-trachteten Fahrzeuge und Infrastruktureinrichtungen bestehen im wesentlichen aus einer gerin-gen Anzahl verschiedener Materialien. Daher bietet es sich an, für alle verwendeten Materialien den Primärenergieaufwand sowie die Emissionen bei ihrer Produktion zu bestimmen und auf eine Masseneinheit zu beziehen. Die Ermittlung des Primärenergieaufwands und der Emissionen im Zusammenhang mit der Materialbereitstellung kann anschließend über das Gewicht der Fer-tigungsstoffe eines Produktes erfolgen.

Die Ermittlung des Energieaufwands und der Emissionen des Herstellungsprozesses von Mate-rialien, ausgehend von der Lagerstätte der Rohstoffe, erfordert eine umfassende Datenermittlung direkt bei den beteiligten Unternehmen. Dies konnte und sollte im Rahmen dieser Studie nicht durchgeführt werden. Daher wird auf Literaturangaben zurückgegriffen. Als Bilanzgebiet für die Ermittlung der Daten wird in /Frischknecht, 1994/ meist die Produktion und der Verbrauch in Deutschland gewählt. Tabelle 7.1-1 listet die Werte der am häufigsten verwendeten Materialien auf. Insbesondere bei Metallen ist der Anteil der Sekundärerzeugung aus Altmaterialien relativ hoch. Dies ist in den dargestellten Werten berücksichtigt.

Tabelle 7.1-1: Spezifische Primärenergie- und Emissionswerte für die Bereitstellung ausge-wählter Materialien /Frischknecht, 1994/

je kg Material Primärenergie CO2 CO Partikel¹ NOx VOC

[MJ/kg] [g/kg] [g/kg] [g/kg] [g/kg] [g/kg]

Aluminium (28 % Sekundär-, 72 % Primäraluminium) 162 9.110 11,1 36,1 23,0 24,5

Betonkies 0,1 6 0,0 0,0 0,0 0,0

Flachglas, beschichtet 14 1.111 1,9 35,3 1,5 3,2

Gummi 38 2.328 0,8 2,1 4,0 23,0

Kalkstein 0,1 6 0,0 72,0 0,0 0,0

Kupfer 91 5.083 1,6 6,3 8,5 16,4

Polyethylen (HD) 91 2.397 0,9 3,7 6,6 19,6

PVC schlagfest 59 2.074 0,6 2,8 5,2 12,2

Stahl niedriglegiert 41 2.670 1,3 45,8 5,9 12,3

Stahl unlegiert (80 % Oxygen-, 20 % Elektrostahl) 34 2.200 1,0 39,3 4,9 10,3

Zement 6 937 0,2 111,4 2,5 1,3

7.1.5 Energieumwandlungs- und Transportprozesse

7.1.5.1 Energieumwandlungsprozesse

Analog der Vorgehensweise bei den Fertigungsstoffen werden für die Energieumwandlungs-und Transportprozesse Energie- Energieumwandlungs-und Emissionsfaktoren ermittelt, die für alle betrachteten

Für industrielle Verarbeitungsprozesse bzw. für Baumaßnahmen werden neben den Fertigungs-stoffen Prozeßwärme und Kraft benötigt. Sofern damit ein Einsatz von BrennFertigungs-stoffen verbunden ist, werden bei der Umwandlung der Energieträger Emissionen freigesetzt. Die Bereitstellung der Endenergieträger wird in einem vorgelagerten Schritt über den Bereitstellungsnutzungsgrad sowie die entsprechenden Emissionsfaktoren berücksichtigt (siehe auch Kap. 7.2). Bezogen auf die eingesetzte Endenergie ergeben sich die in Tabelle 7.1-2 dargestellten Werte.

1 In /Frischknecht, 1994/ werden die Staub-, Ruß-, und Partikelemissionen unter dem Oberbegriff „Partikel“ zu-sammengefaßt. Es wird dabei keine Unterscheidung nach Partikeldurchmesser und damit nach Wirkungskategori-en durchgeführt. Dies ist insbesondere beim Vergleich mit dWirkungskategori-en direktWirkungskategori-en PartikelemissionWirkungskategori-en zu beachtWirkungskategori-en. Diese umfassen ausschließlich die Rußemissionen im Abgas der Fahrzeuge.

Tabelle 7.1-2: Primärenergie- und Emissionsfaktoren für Energieumwandlungsprozesse /Frischknecht, 1994, UBA, 1993, eigene Berechnungen/

Endenergieträger Primärenergie CO2 CO Partikel NOx VOC [TJPE/TJEE] [kg/TJ] [kg/TJ] [kg/TJ] [kg/TJ] [kg/TJ]

Diesel in Baumaschine 1,13 81.090 450 30 1.480 350

Schweres Heizöl in Feuerung 1,14 87.770 20 50 210 30

Leichtes Heizöl in Feuerung 1,13 81.090 50 3 80 30

Steinkohle in Feuerung 1,06 98.710 500 50 160 530